鐵路電源
鐵路電源
為了解決車輛控制設備的行業應用問題，滿足電壓波動和其他特性需求，滿足寬電壓範圍輸入需求的電源產品。
程均會影響蓄電池的輸出電壓。在蓄電池的電壓波動過程中，車輛控制電子設備不應該引起功
能的改變。為了解決車輛控制設備的行業應用問題，滿足電壓波動和其他特性需求，需要寬電
壓範圍輸入電源產品滿足需求。
鐵路上的車輛控制電子設備和器件，在國際上有著嚴格的規定和管控。在歐洲，最常用 的
是 EN50155： 2007 標準--“鐵路設施鐵道車輛的電子設備”標準，中國最常用的是鐵標 TB/T 3021：
2001，而英國常用的標準為 RIA12 用於拖動及運載設備的直流控制系統中瞬態浪涌保護的通用
規範”此規範是由鐵路工業聯會開發制定的。歐盟標準 EN50155 與中國鐵標 TB/T3021 要求基本
一致，而 RIA12 標準則要求車載電子設備具有專門的抗浪涌能力。
歐盟標準 EN50155 已慢慢被許多鐵路設備生產製造商認可，標準適合於安裝在鐵道車輛用
作控制、調整、保護、供電的的全部電子設備，並涉及到蓄電池供電系統和直接與接觸系統連
接或者未連接的低壓電源，但是不適合主電路設備。電源模塊作為匯流排電源轉換器件，前端供
電主要由車載蓄電池供電或者輔助電源供電。車載電子設備供電電源必須滿足 EN50155 需求，
其中主要有以下方面需求：
1.輸入電壓範圍需求；
2.電磁兼容需求；
3.機械需求--衝擊和振動需求；
4.溫度和濕度工作需求；
5.隔離電壓需求；
EN50155 引用的主要標準和對應的中國鐵標如下：
| 歐盟標準 EN 或 IEC | 對應的中國鐵標 TB/T 或者國標 GB/T |
| EN50155 / IEC60571:2007 | TB/T3021-2001 鐵道機車車輛電子裝置 |
| EN50155:2007 / IEC61373:1999 | TB/T3058-2002 鐵路應用 - 機車車輛設備、衝擊和 振動試驗（IEC61373:1999 相同） |
| EN50121-3-2:2006 | TB/T3034-2002 機車車輛電氣設備電磁兼容性、試験 及其限值 |
| EN60068:2009 | GB/T2423-2008 電工電子產品環境試驗 |
車載蓄電池的額定供電電壓主要有以下幾種： 24V、 48V、 72V、 96V、 110V 等 5 種規格，對
於沒有穩壓裝置的蓄電池供電的電子設備，必須在 0.6VN和 1.25VN間(輔助設備啟動或者蓄電
池充電電壓波動)100mS波動之間不能引起電子設備的功能改變；必須在浪涌電壓1.25VN和1.4VN
不超過 1s 間波動，不應引起設備的損壞，但是設備可以不運轉。為了滿足波動電壓範圍內使用
要求， DC/DC 電源廠家為了留有足夠的裕量，設計的輸入電壓參數能夠在 0.6VN和 1.4VN電壓范
圍內正常工作，並且兼容多個車載蓄電池電壓等級。
額定輸入電壓範圍
| 車載蓄電池 VN | 輸入電壓範圍 0.7*VN – 1.25*VN | 電壓跌落 （0.1s） (0.6*VN） | 瞬態電壓 (1s)(1.4*VN) |
| 24V | 16.6 – 30V | 14.4V | 34V |
| 48V | 33.6 – 60V | 28.8V | 67V |
| 72V | 50.4 – 90V | 43.2V | 101V |
| 96V | 67.2 – 120V | 57.6V | 135V |
| 110V | 77 – 137.5V | 66V | 154V |
英國鐵路標準RIA12《拖動及運載設備的直流控制系統中瞬態浪涌保護的通用規範》 ，標
准要求與供電電源蓄電池連接的電子設備，必須能夠經受以下兩種波形，尤其是對於 3.5 倍輸
額定電壓為 110VDC，那麼如果只是採用單一的鉗壓器件進行防護，很難吸收（設鉗位電壓 VC
為 160VDC）高達 W=VN*（3.5VN-VC）/r*t=2475J 的能量，一般瞬時鉗壓抑制器件很難滿足要求，
採用封裝 1.5KE 系列的 TVS 管，瞬時能夠承受 1500W 能量，但是只能承受 1.5J 的能量。
| 電壓波形 | 電壓等級 | 持續時間 | 源阻抗 |
| A | 3.5VN | 20mS | 0.2Ω |
| B | 1.5VN | 1S | 0.2Ω |
EN50155 規定，在輸入電壓範圍內，輸入電壓可發生 10mS 的中斷，規定等級如下：
--S1 級 無中斷
--S2 級 10mS 中斷
並且 EN50155 規定，在蓄電池組供電和穩定的電壓源供電的轉換期間，可能發生中斷，規
定等級如下：
--C1 級 在 0.6VN時， 100mS 期間不得中斷
--C2 級 中斷供電 30mS
單獨依賴模塊電源廠家很難滿足 S1 級要求，車載電子設備需要適當的外圍儲能電路來滿足
中斷需求，可採用在電源模塊前端增加儲能電容即可滿足要求。
不同的電氣設備埠，對於 EMI 的要求是不一致的，對於蓄電池埠，在頻率段 9kHz~150kHz
是沒有傳導的限值要求的。對於 EMI 要求部分，中國的鐵標和歐標的限值是不一致的。表 4 為
EN50131-3-2 對蓄電池埠的 EMC 需求，對於信號和通信埠以及過程測量和控制埠也需要
滿足此要求。中國鐵標 TB/T 3034 對於傳導部分的要求為頻率段 150kHz~500KHz，限值要求
79dBuV 准峰值；頻率段 500kHz~30MHz，限值要求 73dBuV 准峰值。
蓄電池埠對於 EMS 埠能力如表 4 所示，需要注意的是浪涌騷擾抗擾度試驗的浪涌發生
器的內阻為 42Ω ，而中國鐵標 TB/T 3034 對於浪涌要求是引用 IEC61000-4-5 標準中，浪涌發
生器的放電電阻為 2Ω （差模） /12Ω （共模） 。歐盟標準比中國鐵標標準要求弱很多。
| 試驗項目 | 限值或者試驗要求 |
CE emission <30MHz 150kHz~500kHz 500kHz~30MHz | 99dBuV quasi-peak 93dBuV quasi-peak |
RE qb at10m ＞30MHz 30MHz~230Mhz 230MHz~1GHz | 40dBuV/m quasi-peak 47dBuV/m quasi-peak |
| 傳導騷擾抗擾度 | 0,15 MHz … 80 MHz 10 V (r.m.s) 80 % AM, 1 kHz Performance criteria A |
| 群脈衝 | ± 2 kV 5/50 ns 5 kHz Performance criteria A |
| 浪涌 | 1.2 / 50 μ s ± 2 kV /42 Ω , 0.5 μ F 共模開路電壓 ± 1 kV /42 Ω , 0.5 μ F 差模開路電壓 Performance criteria B |
| 靜電放電 | ± 6 kV ± 8 kV Performance criteria B |
根據電子設備在車輛中的安裝位置，可分為 3 類：
1類 安裝在車體上
A 級 安裝在設置於車輛上面或者下面的設備箱內任何物體
B 級 安裝在設置於車輛上面或者下面的設備箱內任何物體
2 類 安裝在轉向架上面
3 類 安裝在軸上或者車輛輪上面系統
對於某些鐵路應用，電子設備是懸掛在車輛的牆壁上或者置於車廂設備的箱內，必須滿足
1 類 B 級要求。其試驗的振動、衝擊試驗要求如下：
| 設備位置 | 性能 | EN50155/IEC61373 |
| 車載電子 | 振動試驗要求 | Category<0.3Kg 5-150Hz 5g |
| 衝擊試驗要求 | Long./Trans./Vert.axis 5g/3g/3g 30m S/30mS/30mS |
為了更容易通過衝擊和振動要求，將 DC/DC 電源內部灌滿絕緣類環氧樹脂，可以很容易阻
擋由於衝擊和振動帶來的機械應力。
機車車輛外部的環境溫度為-40℃ ~50℃，內部靠近電子設備的空氣溫度可能處於-40℃
~70℃之間變化，靠近印刷 PCB 板周圍的空氣溫度由於器件發熱等影響，必須考慮起動過程的過
溫等影響，印刷 PCB 板溫度範圍可到-40℃~85℃。
DC/DC 電源需要滿足嚴苛的溫度等級 TX 要求，並且在環境溫度 85℃情況下，不應引起電源
的熱保護和車載電子設備的性能異常。
| CLASS | Column 1 | Column 2 | Column 3 | Column 4 |
| 車廂外溫度 | 車廂內溫度 | 車 廂 內 過 溫 （10min） | 印刷版附近表面 溫度 | |
| T1 | -25℃~+40℃ | -25℃~+55℃ | +15℃ | -25℃~+70℃ |
| T2 | -40℃~+35℃ | -40℃~+55℃ | +15℃ | -40℃~+70℃ |
| T3 | -25℃~+45℃ | -25℃~+70℃ | +15℃ | -25℃~+85℃ |
| TX | -40℃~+50℃ | -40℃~+70℃ | +15℃ | -40℃~+85℃ |
為了滿足車載電子設備的過隧道要求，外部溫度迅速變化過程，要求外界溫度變化率要求
為 3℃，其最大變化溫度範圍為 40℃。並且車輛在長距離運行時，外界的濕度也在變化中，需
要車載電子設備必須經受交變濕熱試驗。車載電子設備的要求型式可靠性試驗如下：
| 試驗項目 | 依據標準 |
| 低溫試驗 | EN60068-2-1 test Ad |
| 高溫老化試驗 | EN60068-2-2 test Bd |
| 濕熱交變試驗 | EN60068-2-30 test Db |
| 低溫儲存試驗 | EN60068-2-1 |
車載電子設備的介電試驗（耐壓試驗）的試驗電壓與車載蓄電池的供電電壓相關，通過逐
漸升壓，將試驗電壓載入到車載電子設備上，並在規定的等級電壓上 1min，期間不應出現閃爍
和擊穿現象。試驗要求電壓如表 9.
| 車載蓄電池 | 隔離耐壓要求 |
| 24V | 500VAC/50Hz/1min |
| 48V | 500VAC/50Hz/1min |
| 72~125V | 1000VAC/50Hz/1min |
| 125~315V | 1500VAC/50Hz/1min |
介電試驗電壓優先取 50Hz 的交流電壓，採用相對於交流電壓的峰值直流電壓也是等同的。
也就是說 2250VDC 的隔離電壓等同於 1500VAC 的隔離電壓要求。需要特別注意的是，對於 96VDC、
110VDC 的車載蓄電池供電系統，其蓄電池電壓可能被充電至大於 125VDC 及以上， 1000VAC 的需
求已不能滿足其要求，隔離耐壓至少達到 1500VAC 的要求。
基本信息
- 中文名
- 鐵路電源
- 功能
- 電源應用
- 運用領域
- 軌道交通